Wednesday, March 8, 2017

MIT Studi Mengusulkan Complex Kehidupan di Bumi Mulai 2,33 Miliar Tahun Lalu



Dalam ilmuwan studi baru yang diterbitkan dari MIT mengungkapkan bukti bahwa eukariota - domain kehidupan yang terdiri dari hewan, tumbuhan, dan protista - hadir di Bumi sejak 2,33 miliar tahun yang lalu, tepat di saat oksigen menjadi perlengkapan tetap di atmosfer .

Sebuah analisis genetik lengkap organisme modern telah mengungkapkan wawasan baru ke dalam bentuk bumi awal kehidupan yang kompleks.

Temuan ini dilaporkan oleh MIT ilmuwan bumi hari ini di Nature, menunjukkan bahwa eukariota - domain kehidupan yang terdiri dari hewan, tumbuhan, dan protista - hadir di Bumi sejak 2,33 miliar tahun yang lalu, tepat di saat oksigen menjadi perlengkapan tetap di atmosfer.

Ini waktu-cap baru untuk kehidupan kuno signifikan mendahului tanda awal eukariota ditemukan dalam catatan fosil -1,56 fosil makroskopik berusia miliar-tahun bahwa para ilmuwan secara luas setuju adalah sisa-sisa organisme ganggang seperti multiseluler.

Para peneliti MIT tiba di perkiraan mereka tidak dengan memeriksa batu untuk bukti fosil tetapi dengan menggunakan teknik yang disebut "analisis jam molekuler." Pendekatan ini melibatkan pertama memilah-milah database DNA untuk melacak evolusi sekuens gen tertentu di ratusan spesies modern. Kemudian, menggunakan usia yang berasal dari hewan fosil dan tanaman kerabat, urutan ini dapat diikat ke belakang dalam waktu ke titik awal di mana urutan mereka harus telah dinyatakan dalam eukariota leluhur.

"Kami telah kembali menunjukkan kelayakan menggunakan DNA modern untuk memberikan wawasan tentang kehidupan awal," kata Roger Panggilan, profesor geobiologi di MIT Departemen Bumi, Atmosfer dan Planetary Sciences (PBK). "Kami tidak memiliki catatan konkret kehidupan awal. Kami memiliki beberapa mikroba fosil, yang sering diperdebatkan, dan beberapa sinyal geokimia, tetapi itu tidak cukup untuk merekonstruksi sejarah diberitahu tentang kehidupan. Apa yang kita katakan adalah, Anda dapat melihat apa yang ada di planet ini hari ini, dan Anda dapat memberitahu sesuatu yang penting tentang apa yang nenek moyang organisme 'lakukan. "

Analisis ini dilakukan oleh Memanggil dan penulis utama David Gold, mantan Postdoc MIT yang saat ini di Caltech, bersama dengan Abigail Caron, senior mendukung penelitian asosiasi di MIT, dan Gregory Fournier, Cecil dan Ida Hijau Pengembangan Karir Asisten Profesor di PBK.

Enzim tertua

Tim fokus pencarian genetik pada DNA urutan kode untuk biosintesis sterol, kelas molekul ditemukan di semua eukariota yang mempengaruhi karakteristik dan perilaku membran sel mereka.

"[Sterol] menentukan bagaimana membran berubah bentuk dan memediasi perilaku - misalnya, kemampuan untuk menelan sepotong makanan," kata Panggilan. "A eukariota bersel tunggal dapat menelan dan mencerna makanan, sedangkan sebagian besar bakteri harus mengeluarkan enzim untuk memecahkan sesuatu turun sebelum mengambil dalam."

Kelompok ini tampak untuk melacak evolusi genetik dari dua enzim pertama yang terlibat dalam produksi sterol: SQMO, atau squalene monooxygenase, yang menyisipkan sebuah atom oksigen ke dalam squalene; dan OSC, atau oxidosqualene cyclase, yang lipatan molekul oxidosqualene hingga membentuk konfigurasi empat cincin klasik sterol, contoh terbaik yang dikenal adalah kolesterol.

Kedua enzim merupakan langkah awal dalam biosintesis sterol, yang dari waktu ke waktu telah berkembang untuk menyertakan lebih banyak enzim yang meningkatkan fungsi sterol dan effectivness. Para peneliti beralasan bahwa jika mereka bisa melacak kembali evolusi enzim dalam langkah pertama biosintesis sterol, mereka kemudian bisa menyimpulkan ketika beberapa eukariota awal hadir di Bumi.

Menelusuri pohon

Tim mencari SQMO dan OSC di Pusat Nasional untuk database protein Biotechnology Information, ringkasan luas urutan genetik bagi ribuan spesies modern, disumbangkan oleh para ilmuwan di seluruh dunia. Para peneliti menulis algoritma untuk secara efisien menyisihkan melalui data genetik, mencari spesies yang menyatakan urutan kode DNA untuk SQMO dan OSC.

Kemudian, untuk setiap enzim mereka menyusun pohon phylogentic - diagram bercabang yang menunjukkan hubungan evolusi di antara spesies-spesies mengekspresikan baik SQMO atau OSC.

"Ketika Anda plot pohon untuk kedua enzim, Anda menemukan mereka menakutkan mirip," kata Panggilan. "Bagi saya, ini adalah sebuah fakta mencengangkan: sejarah ini dari dua enzim tersebut di pohon eukariota, dan juga termasuk beberapa bakteri, terlihat cukup dekat dengan identik. Gen selalu bergerak bersama-sama. Ini sangat jarang untuk menemukan satu tanpa yang lain di sebelahnya. "

Secara khusus, para peneliti mencatat dua poin awal di kedua pohon evolusi, di mana tampak bahwa masing-masing enzim secara genetik ditransfer antara eukariota dan bakteri. melompat genetik ini, yang dikenal sebagai transfer gen horizontal, menandai saat ketika organisme bersama gen ini.

Untuk mengidentifikasi titik-titik ini, para peneliti melakukan "analisis jam molekuler," teknik yang mengukur waktu sesuai dengan perubahan acak dalam DNA, mutasi ini terjadi pada tingkat yang relatif konstan. Panggilan dan rekan-rekannya menggunakan algoritma lain didasarkan pada "topologi," atau tingkat mutasi genetik, di setiap pohon evolusi.

Mereka dikalibrasi algoritma dengan data dari dikenal catatan fosil, termasuk usia dikonfirmasi spesies tertentu dalam setiap pohon, termasuk karang kuno, bintang laut, dan ganggang. Mereka kemudian berlari algoritma - jam molekuler mereka - mundur dalam waktu untuk menentukan kapan gen untuk sterol yang ditransfer antara bakteri dan eukariota. Menjalankan jam dengan cara agak berbeda, bersama dengan perbanyakan kesalahan, memberi tanggal yang berkumpul di sekitar satu titik, 2,3 miliar tahun yang lalu.

"Usia eukariota telah berpendapat selama beberapa dekade, dan ada banyak perbedaan pendapat," kata Panggilan. "Kami menempatkan keluar ini bagian dari bukti bahwa kita anggap penting, yang mengatakan bahwa kita percaya bahwa sterol sedang dibuat setidaknya 2,3 miliar tahun yang lalu, dan bahwa eukariota awal berada di sini setidaknya selama itu."

Evolusi, terurai

Pada 2016, kelompok Panggilan 'menetapkan bahwa acara-pergeseran kehidupan lain terjadi sekitar 2,3 miliar tahun yang lalu: Oksigen menjadi perlengkapan tetap di atmosfer bumi, dalam apa yang sekarang dianggap sebagai Great Oxidation Event. Panggilan mengatakan kemungkinan bahwa eukariota mungkin telah ada sekitar waktu yang sama masuk akal, karena mereka akan diperlukan dalam jumlah yang cukup oksigen untuk mensintesis sterol untuk menjaga membran sel mereka.

Ke depan, tim berencana untuk melacak sejarah evolusi enzim lebih bawah di jalur sterol - terutama mereka yang terlibat dalam sintesis kolesterol - ". Mengungkap kisah evolusi yang" lagi dengan menggunakan urutan genetik modern untuk, sebagai Panggilan katakan,

"Orang-orang telah dikenal selama bertahun-tahun bahwa mereka dapat bekerja di luar para leluhur dari DNA, termasuk nenek moyang manusia," kata Panggilan. "Kami tahu banyak tentang hubungan antara Neanderthal, Denisovans, dan kelompok-kelompok awal lainnya manusia dari potongan DNA dalam tulang. Tapi itu memproyeksikan kembali beberapa juta tahun. Kami memproyeksikan kembali 2,3 miliar tahun. Jadi kita menunjukkan DNA modern dapat digunakan untuk memahami peristiwa penting dalam sejarah kehidupan, miliaran tahun yang lalu. "

Penelitian ini didukung, sebagian, oleh Simons Foundation, Institut Agouron, dan National Science Foundation.

Publikasi:. David A. Emas, et al, "biosintesis sterol paleoproterozoikum dan munculnya oksigen," Nature (2017) doi: 10.1038 / nature21412

Load disqus comments

0 komentar